飛往火星從技術上來説並不比登月更複雜,只是所需的燃料和給養遠多於登月,難度由此而生,由此也産生了眾多的載人登陸火星方案。
火星是地球的近鄰。但它的運作軌道在地球的運作軌道之外,火星繞太陽一週的時間是687個地球日,火星和地球相互接近的時間間隔是兩年零50天,即26個月,也就是780天。火星和地球一般距離在8000多萬公里以上,只有在火星大衝時兩者距離才最近,在5000萬到6000萬公里,而這要每隔15到17年才有一次。飛往火星,單程需近一年,較好的發射時機每隔一年才有一次,到火星後,要想返回,也要隔一年半才有合適的時機。飛向火星從技術上來説並不比登月複雜,只是所需燃料和給養大大多於登月。難度由此而生,所以出現了眾多載人火星方案。
前蘇聯和俄羅斯的火星計劃
前蘇聯早在60年代就制定了一系列飛向火星的計劃,設計了各種飛往火星的飛船,最後因發射火星飛船的火箭發射失敗而終止。俄羅斯在90年代中期也制定過載人火星飛船計劃。他們在和平號上訓練宇航員,掌握在太空長期生存的技術,因為飛往火星來去至少要一年半時間。俄羅斯還打算在和平號上裝配飛往火星的飛船,以減少從地面發射所需的動力,並和美國等聯合研究飛往火星的計劃。今年1月俄羅斯《獨立報》報道,俄羅斯已設計出火星空間站的模型,期望在條件成熟時以技術投資方式,和其他國家合作,共同把它送往火星。這説明俄羅斯登陸火星的雄心始終未滅。
美國國內的不同意見
美國宇航界在載人火星飛行的研究上一直存在不同意見。《科學美國人》雜誌1999年3月發表過一篇主張只用無人飛船探測火星的文章。但2000年3月又發表了一組文章駁斥這種意見。這些文章説,美國政府對載人火星飛行不太積極是因為冷戰已經結束,美國沒有了競爭對手,缺少競爭動力,且載人火星飛行花費極大,至少需5000億至6000億美元,經濟效益又不明顯。
火星直接登陸計劃
美國宇航局前工程師朱柏林組織熱心載人火星飛行的科學家成立了民間組織火星協會,自籌資金,研究載人火星飛行方案。
他們的方案叫做火星直接登陸方案。一反常用的登月模式,即發射一艘大飛船,到達火星後送出一個小登陸艇。讓大飛船在軌運作,等待宇航員返回。他們認為這艘大飛船是個累贅。多造一艘飛船,就多一次發射,多一筆開支。其次,把它留在軌道上還要消耗大量的給養和燃料,成了堵不住的窟窿。最後,留在飛船上的宇航員還要面臨失重和防輻射等問題,因而迫使在火星上的探險者迅速返回地球。
他們主張首先用無人飛船送一座能生産水、氧和作為燃料的甲烷的小型化工廠到火星上,減輕攜帶生活原料的負擔;然後再用另一艘載人飛船把宇航員送到火星上,利用小型化工廠提供的水和氧生活,在火星上建立基地,用生産出的甲烷作燃料乘飛船返回。這種方案的起飛價只要200億美元,前後共十年,每年增加2億美元。他們的這一方案已部分被美國宇航局採用。
從火星月亮飛往火星
這一方案是用火星的兩個衛星德莫斯和福布斯作為火星空間站。宇航員先飛往這兩個衛星,在上面建立飛往火星的基地,然後再飛往火星。由於它們離火星近,重量小,引力也小,在它們上面發射飛船所需的動力也小。這就免去了留一艘大飛船在火星軌道上的麻煩。
在地球和火星間開巴士
朱柏林等所提出的在火星表面生産大量燃料以便返回地球的方案增加了飛行的危險性和複雜性,而更強大的電漿火箭還要十年多以後才能用於載人宇宙飛行。
於是有兩位科學家提出了一個折中方案:在使用化學火箭時利用行星重力場的重力輔助增加飛船的推進力,即依靠地球和火星的重力場給飛船增加推力。
為此要在繞太陽運作的軌道上建幾個週期性接近地球和火星的長期性空中基地———“太空城堡”。機組人員可在那裏居住兩年乃至更長的時間。在“太空城堡”和火星或地球相接近期間,來往于行星間的旅行者可使用小飛船(相當於地面上的“的士”)在星球和城堡之間往來。這種城堡可使用離子推進技術。這樣一來,縮短了飛船的旅程,也就無須攜帶並在火星生産大量燃料,克服了使用化學火箭的弊病,且飛行時間還可以縮短。
儘管太空城堡有這麼多優點,但它的造價實在是太高了,很難和傳統的登陸火星方案的價格相比。必須進行大規模的投資,才能把紙上的方案付諸實施。
美國宇航局的最新版本
美國宇航局的火星登陸計劃的最新版本聲稱,要用三個飛行器:一個無人運輸登陸裝置,它將把一艘起飛船和推進劑廠送到火星上;一艘空載人飛船,它將留在火星軌道上;一艘轉移機組飛船。假如前兩艘飛船均成功到達火星,那麼在第一艘飛船起飛26個月後,發射最後一艘飛船,轉移機組飛船。轉移機組飛船把宇航員送往火星軌道,和載人登陸飛船會合。宇航員就更換到載人飛船上去,然後在火星著陸。而轉移機組飛船則留在軌道上,等著把他們送回家。每隔26個月,另一組三個飛船就出發,最終在火星上建成永久居留的基地。
據估計,登陸火星雖然困難重重,但在本世紀是能夠實現的
《南方週末》 2001年4月19日